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氧化铈抛光汇总及效果分析

随着光学技术和集成电路技术的迅猛发展，对光学元器件的精密和超精密抛光、集成电路的化学机械抛光技术的要求越来越高，甚至达到了极为苛刻的程度，尤其是在表面粗糙度和缺陷的控制方面。铈系稀土抛光粉（VK-Ce02）因具有切削能力强、抛光精度高、抛光质量好、使用寿命长等特点，在光学精密抛光领域已占有极其重要的地位。

一、氧化铈抛光粉的种类

氧化铈抛光粉根据氧化铈的含量分为低铈、中铈、高铈抛光粉，其切削力和使用寿命也由低到高。

1. 高铈抛光粉VK-Ce02，含氧化铈95%以上，浅黄色，比重在7.3左右，主要适用于精密光学镜头的高速抛光。该抛光粉的性能优良，抛光效果好。

2. 中铈抛光粉，含氧化铈70%~85%之间，黄色或褐色，比重在6.5左右，主要适用于光学仪器的中等精度中小球面镜头的高速抛光。

3. 低铈系稀土抛光粉，含氧化铈40%~60%之间，适用于电视机显像管、眼镜片和平板玻璃等的抛光。

二、氧化铈抛光粉的应用领域

氧化铈抛光粉VK-Ce02，主要用于玻璃制品的抛光，大的行业来说，主要应用于以下领域：

1. 眼镜、玻璃镜片抛光；

2. 光学镜头、光学玻璃、透镜等；

3. 手机屏玻璃、手表面（表门）等；

4. 液晶显示器各类液晶屏；

5. 水钻、烫钻（发卡，牛仔裤上的钻石）、灯饰球（大型大厅内的豪华吊灯）；

6. 水晶工艺品；

7. 部分玉石的抛光；

三、氧化铈的抛光机制

CeO2颗粒的硬度并不高，如下表所示，氧化铈的硬度远低于金刚石、氧化铝，也低于氧化锆和氧化硅，与三氧化二铁相当。因此仅从机械方面来看，以低硬度的氧化铈去抛光基于氧化硅的材料，如硅酸盐玻璃、石英玻璃等，是不具有技术可行性的。但是氧化铈却是目前抛光基于氧化硅材料甚至氮化硅材料的首选抛光粉。可见氧化铈抛光还具有机械作用之外的其他作用。

常用研磨、抛光材料的硬度

在CeO2晶格中通常会出现氧空位使得其理化性能发生变化，并对抛光性能产生一定的影响。常用的氧化铈抛光粉中均含有一定量的其他稀土氧化物，氧化镨（Pr6O11）也为面心立方晶格结构，可适用于抛光，而其他镧系稀土氧化物没有抛光能力，它们可在不改变CeO2晶体结构的条件下，在一定范围内与之形成固溶体。对高铈抛光粉VK-Ce02而言，氧化铈的纯度越高,抛光能力越大,使用寿命也增加,特别是硬质玻璃和石英光学镜头等长时间循环抛光时,以使用高纯度的氧化铈抛光粉为宜。

关于氧化铈抛光的机制，氧化铈VK-Ce02抛光的目的是为了去除工件表面产生的凹凸层及裂纹层，使工件表面透明光滑，达到规定的表面疵病等级，并精确地修正表面的几何形状，达到规定的面形精度。在抛光的初始阶段，是CeO2去除玻璃表面凹凸层的过程，使玻璃露出新鲜的表面。同时由于硅酸盐玻璃的主要组分为SiO2，其余成分为碱金属氧化物，它们在抛光过程中会发生水解，在玻璃表面产生含水的硅胶层、硅酸凝胶层，使得玻璃表面软化，容易被除去。

四、影响氧化铈抛光效果的因素分析

1.氧化铈抛光粉的粒度及粒度分布

对玻璃表面粗糙度而言，减小抛光粉颗粒尺寸，有利于降低粗糙度水平，提高表面质量。高质量的氧化铈抛光粉一般有较窄的粒度分布，颗粒分布均匀，无大颗粒的抛光粉能抛光出高质量的表面，而细颗粒少的抛光粉能提高磨削速度。一般抛光光洁度要求较高时用粒度较小的抛光粉，而要求切削力较强、抛光速度快，光洁度不高时用粒度较大的抛光粉。

2. 氧化铈抛光粉的颗粒形态

氧化铈颗粒形态对材料去除率和表面质量也有显著的影响。带有明显棱角、良好结晶度和平板结构的抛光粉的抛光效率特别高，而钝化颗粒或球形化颗粒的抛光效率低，但可获得高的表面质量。

3. 氧化铈抛光粉的纯度

对于高铈抛光粉VK-Ce02来说，氧化铈的纯度越高，抛光能力越好，使用寿命也越长，特别是硬质玻璃长时间循环抛光时，适宜选择高纯度的氧化铈抛光粉。

4. 抛光液的悬浮性

抛光液的悬浮性对其抛光效果有很大的影响。悬浮性差的抛光液，容易沉淀，导致抛光液中的颗粒分布不均匀，容易产生划痕，影响抛光质量。另外，由于参加抛光的粒子数量减少，也影响抛光速度。

5. 抛光液料浆的pH值

在抛光过程中，由于玻璃表面不断发生水解，在表面形成一层硅胶膜。抛光粉表面沉积了过多的硅胶层会使抛光效果下降。此时通过调节抛光浆料的pH值可以改善粉体性质，减少硅胶对抛光粉的覆盖，提高抛光性能。